超声在液体中的非线性传播及反常衰减

• 作者: 林书玉 陈海霞
• 来源期刊: 物理学报
• 关键词: 非线性超声 Navier-Stokes 方程 空化泡
• 年，卷（期）: 2020,（13）
• 所属期刊栏目: 电磁学、光学、声学、传热学、经典力学和流体动力学
• 页码范围: 196-202
• 页数: 7页
• 字数: 2965字
• 语种: 中文
• DOI: 10.7498/aps.69.20200425

摘要

本文从广义的Navier-Stokes流体方程出发,考虑到流体介质的黏滞性和存在的热传导,导出了更接近实际流体的三维非线性声波动方程.鉴于声传播所涉及的空间和时间尺度的复杂性和多样性,文中针对一维情形下的非线性波动方程进行了求解和分析.由方程的二级近似解可以看出,声压振幅的衰减遵循几何级数规律,而且驱动声波的频率越高声压的衰减就越快.在满足条件ωb? ρ0c20时,基波的衰减系数与驱动频率的平方及耗散系数的乘积成正比;二次谐波的衰减规律更加复杂,与频率的更高次幂相关.对声衰减系数及声压的分布进行数值计算发现,声压的分布还与初始的声压幅值及频率有关,初始的声压与频率越高衰减得越快.另外,当声压高于液体的空化阈值时,液体中就会出现大量的空化泡,文中模拟了单个空化泡的运动,发现随着声压的增大空化泡的振动越剧烈、空化泡所受的黏滞力变大,随着声波作用时间的增大黏滞力的幅值迅速增大并与驱动声压值同阶,因而空化泡的非线性径向运动引起的声衰减不容忽视.结果表明,驱动声压越高在空化区域附近引起的声衰减越快、输出的声压越低.

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	林书玉	陕西师范大学物理学与信息技术学院陕西省超声学重点实验室	177	2286	27.0	40.0
2	陈海霞	陕西师范大学物理学与信息技术学院陕西省超声学重点实验室	1	0	0.0	0.0